陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究.pdf

DOI：10.13876/J.cnki.ydnse.230074第 43 卷 第 1 期2024 年 3 月延安大学学报（自然科学版）Journal of Yanan University（Natural Science Edition)Vol.43 No.1Mar.2024陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究刘敏1，高铭雨1，郑恩1，王俊1，陈慕昊1，冯淑1，张永旺1，2*（1.延安大学 生命科学学院；2.陕西省红枣重点实验室，陕西 延安 716000）摘要：以八年生矮化红富士果树为试材，采用野外定位观测法，对陕西省延安地区苹果园0100 cm不同深度土壤水分与温度及相应气象要素进行连续1年的定位观测分析，对土壤水分的动态变化规律、时空变化及影响因子进行研究。采用方差分析、相关性和主成分分析方法探讨土壤水分的主导因素及其相互关系。研究表明：观测期土壤墒情的季节变化可划分为水分快速消耗期（46 月）、水分恢复期（710 月）、稳定期（11次年3 月）；土壤体积含水量由浅到深呈先增后减、稳定性增强、垂直变化季节差异显著等特点；主成分分析结果表明，第一主成分中土壤温度及电导率所占比重较大，第二主成分中大气温度和湿度指标权系数的绝对值在所有主成分指标系数中是最大的，降雨量是第三主成分中标权系数最大的；研究区降雨量季节分配极不均匀，主要集中在生长季79月，占全年降雨量的73.5，不同月份、深度的土壤水分变异系数均属于中等程度变异，土壤水分与大气温度、电导率降雨量、相对湿度、降雨量表现出极显著正相关关系，而与风速呈极显著负相关（P0.01）。该研究揭示了山地苹果园土壤水分的变化规律，可为黄土高原地区果园的建设和管理提供理论依据。关键词：黄土高原；山地果园；土壤水分；降雨量中图分类号：S152.7 文献标识码：A 文章编号：1004-602X（2024）01-0026-09土壤含水量是联系土壤-植物-大气连续体（SPAC）能量置换的枢纽变量1，也是干旱半干旱地区制约农业生产和生态系统的组织和功能2的关键因子。土壤水分的时空分布显著影响着植被的分布格局及演替，进而影响到生态系统的稳定发展。因此，时空连续的土壤水分观测并分析其时空变化特征，对于农业增产、气候变化及自然灾害监测和预警等的应用研究具有重要意义。新冠疫情的爆发和干旱、洪水等极端天气导致全球粮食产量下降，进一步推高了全球粮食价格。我国作为农业生产大国，国家高度重视粮食安全问题3，农业生产发展问题也吸引了众多学者的关注。陕北黄土高原作为我国苹果的主产区之一4，自退耕还林（草）工程实施以来，发展人工经济林成为黄土高原地区乡村振兴发展的一大重要途经。苹果林成为陕西省人工经济林面积最大的地区5。但黄土高原地区降雨量小且在苹果生育期中分配不平衡，蒸发强烈，导致不能满足苹果树在特定生育阶段对水分的需求，最终影响果树的产量品质。而该区多为雨养果园，忽视土壤水的植被承载力而大规模扩建果园面积会进一步加剧水分供需不平衡的矛盾6。因此，土壤水分不足、水分利用率不高，成为苹果产业实体经济健康可持续发展的主要限制因素。如何才能充分利用好宝贵的降水资源，在防治水土流失的同时，还可以加大山地果园开发建设力度，是治理黄土高原生态环境中的关键问题，而这一问题的解收稿日期：2023-08-28基金项目：国家自然科学基金项目（41807520）；延安大学科研项目（YDQ2018-21）；博士科研启动项目（YDBK2017-25）；创新能力支撑计划项目（2020KJXX-009）作者简介：刘敏（1996），女，甘肃天水人，延安大学硕士研究生。*通信作者第 1 期刘敏 等：陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究决必须正确认识和把握山地雨养果园的土壤水分变化规律。为此，本研究利用部署在延安南沟生态农业示范园的自动土壤水分监测系统观测的数据，分析陕北黄土区山地苹果园 20212022 年间 0100 cm深度的土壤水分时空动态分布特征和变化规律及其与降水、温度等环境因子的关系，以期准确掌握陕北黄土区山地雨养苹果园表层至根区实际土壤水分的动态变化，为果园的建设和管理及生态经济型水土保持林建设提供科学依据。1实验部分1.1研究区概况研究区位于陕北黄土高原特色苹果种植基地-延安市安塞区南沟生态种植园（3611 至3709 N，10921 至11003 E），地处黄土高原中部，属温带大陆性气候。全区面积3 556 km2，试验苹果树为八年生矮化红富士，果树南北走向种植，株行距为2.5 m3 m。年均降水550 mm，年均蒸散发量280360 mm，年均无霜期170 d左右，年平均气温9.4。年平均日照时数为2 3002 914 h，年平均日照总辐射量为118.9132.2 mWh/cm2。土壤类型为黄绵土，田间持水量为31.02%，容重（1.320.05）g/cm3，土壤有机质含量4.2 g/kg。试验期间选取无病虫害、树龄及长势基本一致的正常果树为研究对象。1.2研究方法采用ECH2O系统对试验苹果树进行动态监测，以每15 min的频率对0100 cm土层土壤体积含水量、温度、电导率进行持续监测，分析苹果生育期（2022 年 3 月10 月底）土壤水分动态变化特征。气象数据（降雨量、太阳总辐射、相对湿度、空气温度、风速）等气象因子利用自动气象站获取。1.3数据分析采用Microsoft Excel 2010和 SPSS 22.0统计软件对数据进行分析。进行单因素方差法（one-wayANOVA）和 Duncan 法多重比较（P0.05），相关分析及主成分分析，采用 Origin 18.0绘图。2结果与分析2.1研究区气象条件特征降雨量是黄土区土壤水分年际变化的主要影响因子，在枯水年土壤水分变异较大，在丰水年土壤水分变异程度变低。计算所得距平百分率为3.01%，则该年降水年型为平水年。从图1可知，果树生育期降雨量少，降水事件的筛选条件为降水发生在24 h以内，降水前24 h无降水发生，降水后各土壤剖面土壤含水量达到最大值的过程中没有别的其他降水事件干扰7。研究区 2022年 1月 1日至 10月 10日，共计 56次独立降雨，总降雨量516.81 mm。表现为7月降雨量最高，其次是8月，分别达176、155.01 mm，2月最低，仅为2 mm（图1A），说明该区降雨分布不均，变幅大。试验期间单日降雨量变化范围在 0.2046.20 mm，单日平均降雨量为7.38 mm，变异系数为1.24，说明日降雨量具有强变异特征。最大日降雨量为46.20 mm，最大一次降雨事件的累积降雨量为56.20 mm，出现在7月末（图1A）。生育期内总降雨量为504.81 mm，占全年总降雨量的97.67%。潜在蒸散量与降雨量具有同步性变化规律（图1B）。试验区大气温度随时间呈阶段性规律，36月温度逐渐缓慢回升；69月温度快速升高并在7月达到峰值，日平均气温维持在22 以上，高温、强辐射伴随着高的潜在蒸发；10月至次年3月温度降至最低。相对湿度动态变化呈现出与大气温度相似并稍滞后的趋势。13月风速极速增至最大20 m/s，随后逐渐减小并在710月趋于稳定（图1C）。图12022年试验点各月份基本气象要素变化趋势27延安大学学报（自然科学版）第 43 卷 2.2不同土层土壤含水量的时间变化特征2021年8月21日2022年10月21日果园不同层次土壤体积含水量随时间的动态变化表明（图2），果树不同深度各土层土壤含水量峰值出现在生长季时期，单因素方差分析表明，不同土层间土壤含水量随时间的动态变化差异显著（P0.05），且随降雨量的波动明显，具体表现为随土层深度增加土壤含水量的变幅减小，且存在明显的滞后效应。由图2可知，在水分输入（天然降水）与输出（地表径流、深层入渗、土壤蒸发与植物蒸腾）的多重机制下，每一土层的土壤含水量都有阶段性变化规律。根据苹果园不同时间0100 cm土壤含水量变化情况，可分为3个时期：46 月是水分的快速消耗期。主要是因为该时期果树展叶与生长大量需水与降水供应不足、气温回暖导致土壤蒸发增大、大风干旱等因素加速水分消耗而导致土壤水分无法补给；710 月为水分恢复期，主要是因为黄土区独特的气候类型致使年内降水主要集中于夏秋两季，该时期降雨量为380 mm，占全年降雨量的73.5%，降水能够满足生长需水且会向深层蓄积；11月至次年3月为稳定期，该时期果树处于休眠期耗水较少，气温降低使得植物蒸腾与土壤蒸发作用同时减小，冬季气温降至 0 以下使得土壤封冻与大气层的水分交换减少，降雪造成渗水深度有限，土壤墒情基本未变。八年红富士的根系主要集中在060 cm土层8，在没有降水利用的条件下，植株优先吸收利用该层水分，但当雨季来临之后，多余的降雨通过重力向下蓄积，土壤含水量差异主要在水分恢复期形成。2.3不同时期土壤含水量的垂直变化特征由图3可知，不同生育时期土壤含水量垂直变化存在季节性规律，在表层相对较低，且土壤含水量变化主要发生在060 cm。果实膨大期呈双峰，土壤含水量随着土壤深度增加先减后增再减，表现为典型的“S”型曲线。其余各生育期呈单峰且垂直变化趋势相似，表现为含水量随土壤深度增加先增大后减小，变化趋于平缓，呈现出典型的“V”型曲线，且变化率随土壤深度增加而逐渐减弱。萌芽期土壤含水量15.55%27.46%，80100 cm较低；开花期4060 cm最高，80100 cm逐渐减少，020 cm最低；幼果期40100 cm逐渐减小，含量在13.93%23.59%，2040 cm最高。果实膨大期、着色期及成熟期4060 cm土壤含水量最高，果实膨大期土壤含 水 量 14.70 22.20，着 色 期 土 壤 含 水 量16.96 23.30，成 熟 期 土 壤 含 水 量 15.95 22.28，40100 cm土层含水量逐渐减小。这主要是因为无灌溉条件的雨养型苹果园，果树处于萌芽期、开花期和幼果期，水分输入无法满足苹果生长发育的需求，相应生育期间主要消耗土壤蓄水；果实膨大期需水量最大，植物会首先利用土层储存的水分，土壤含水量减小，而此时正值该区域大量降水期，降水在满足果树大量耗水的同时，未被利用部分降水可以蓄积在土壤中。在整个生育期土壤含水量表现为随土深的增加呈先增后减的趋势。2.4土壤含水量的变异特征苹果树生长季内，果园土壤水分的运移转化及储存受土壤结构、土壤动物及微生物活动、果树密度分布特征9、降水及蒸散发10、温度等气象因子综图3果园0100 cm 土壤含水量分布图2果园不同深度土层土壤含水量的动态变化特征28第 1 期刘敏 等：陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究合因素的影响，土壤含水量在空间上具有高度的异质性。充分把握土壤水分时空变异特征，对于理解土壤水分生态水文过程和预测土壤水分蕴藏量有一定的积极意义11。以变异系数（CV%）的大小来表示土壤含水量在不同土层的变异程度。0100 cm土壤含水量的CV值如图4所示，苹果园土壤含水量的变化主要发生在 60 cm 以上，且 CV 值达 0.57%42.08%，60 cm以下含水量变化趋势较缓慢。这可能主要是因为苹果树的有效根系主要分布在土壤垂直剖面060 cm范围的原因。果实膨大期随土深加深呈先增大后减小再增大的趋向，40 cm CV值最高，表明该层土壤含水量的变异程度最高。这主要是因为受降雨影响较大的表层土壤所致，2040 cm土层的含水量变化趋势较缓慢，4060 cm土层变化量较大，变幅在12%42.08%，60100 cm土壤含水量又恢复到稳定状态。所以膨大期0100 cm土壤含水量变化为“缓慢-快速-缓慢”的过程。一方面可能是7月初到8月底试验区降水变幅大的原因，另一方面是黄绵土土质深厚却蓬松保水性差，故雨水下渗深、散失快的原因。其余各生育期变异系数均表现为随土壤深度增大土壤含水量变异程度减小的特征，这可能一方面是该时期降水变幅相对较小，另一方面是随土层深度的增大，质地均一的黄土层与大气层的水分交换逐渐减弱，受太阳辐射、降雨等环境因素和人为干扰因素的影响削弱，土壤墒情日益减少，因此变异系数也逐渐减小。这与LEI等12的研究结果一致。2.5果园土壤含水量、温度、电导率差异由图5可知，不同土层土壤在同一时期含水量有显著差异（P0.05）。萌芽期、膨大期和成熟期各土层土壤含水量大小差异具有一致性，萌芽和幼果期均呈现出大小顺序为2040 cm、4060 cm、6080 cm、020 cm、80100 cm。幼果期 80100 cm与2040 cm土层土壤含水量差异显著（P0.05）。着色期和成熟期各土层土壤含水量均呈现出大小顺 序 为 40 60 cm、20 40 cm、0 20 cm、6080 cm、80100 cm。着色期 80100 cm 与 060 cm各土层土壤水分均存在显著差异（P0.05）。而不同生育期在同一土层土壤含水量均未表现出显著差异。对苹果各生育期土壤的平均温度进行分析（图6），不同时期同一土层土壤温度之间均存在显著差异（P0.05）。萌芽、开花、幼果及果实膨大期的土壤温度均表现出随土层深度增加而逐渐降低的趋势，果实膨大期各土层温度显著高于其他各生育期土层的温度，而着色期与成熟期则呈现出背道而驰的态势。这主要是因为该生育期78月外界条件适宜，如大气温度及湿度均处于峰值，且风速相对较小，内在条件果树处在生长旺盛期的缘故。不同土层同一时期的土壤温度之间也表现出显著的差异性（P0.05）。适合的土壤EC值对植物生长发育具备重要保障作用。由图7可知，土壤电导率随着果树生育期整 体 呈 现 逐 渐 下 降 的 趋 向。萌 芽 期 和 开图4不同生育期土壤含水量CV值的变化图5不同生育期各土层土壤含水量差异性注：同一土层不同时期用小写字母和同一时期不同土层用大写字母表示P0.05）。29延安大学学报（自然科学版）第 43 卷 花期土壤电导率最小值分别为 0.044 mS/cm 和0.043 mS/cm，均在 6080 cm土层，最大值分别为0.123 mS/cm和0.160 mS/cm，分别在4060 cm和2040 cm土层，其余各生育期土壤电导率最大值和最小值均在4060 cm和6080 cm土层，说明土 壤 盐 分 主 要 汇 集 在 土 壤 中 层。成 熟 期 2040 cm与4060 cm土层土壤电导率具有显著差异，同一土层不同时期土壤电导率均存在显著差异。2.6土壤含水量与环境因子的关系2.6.1不同土层土壤含水量、电导率和不同生育期的相关性分析土壤含水量与环境因子的关联度见表 2。其中，X1表示土壤温度，X2电导率、X3大气温度，X4湿度，X5风速，X6降雨量。040 cm土层土壤含水量与土壤温度、电导率、大气温度、湿度及降雨量呈极显著正相关，与风速呈极显著负相关关系（P0.01）；4060 cm土层土壤含水量与电导率及风速呈极显著正相关，与温度，湿度及降雨量呈极显著负相关（P0.01），与风速无显著相关关系；60100 cm土层土壤含水量与土壤温度、电导率、湿度呈极显著正相关，与大气温度、风速及降雨量呈极显著负相关（P0.01）。2.6.2主成分分析对原始数据进行标准化处理后，适用性检验采用KMO检验法和 Bartlett 球体检验，结果筛选出以下 6个指标，其 KMO 为 0.645，且 P0.05，说明各个指标是不相互独立的，表明数据支持主成分分析。然后严格按照特征值大于1的原则，筛选出前3种主成分，总共解释了82.74的结果（表3）即本次主成分分析结果是较为可靠的。最后提取得到表4中的3个主成分，分别表示为F1、F2和F3。用表 4 中各列数据除以主成分相对应的特征值，开平方根后可得两个主成分中每个指标所对应的系数，从而得到F1、F2和F3的线性组合：F1=0.587X1+0.582X2-0.214X3+0.401X4+0.325X5+0.065X6（1）F2=0.127X1+0.025X2+0.587X3+0.561X4-0.556X5-0.121X6（2）图6不同生育期各土层土壤温度差异性图7不同生育期土壤电导率差异性表2不同土层土壤含水量与环境因子的Pearson相关系数因子X1X2X3X4X5X6土层/cm0200.535*0.895*0.655*0.334*-0.225*0.047*20400.524*0.820*0.241*0.395*-0.276*0.032*4060-0.049*0.922*-0.502*-0.102*0.009-0.035*60800.541*0.733*-0.433*0.128*-0.090*-0.004801000.470*0.356*-0.574*0.086*-0.085*-0.015注：*表示在0.01水平（双侧）上显著相关；*表示在0.05水平（双侧）上显著相关。表 3主成分分析结果解释的总方差成份123456初始特征值合计2.5841.3771.0030.6510.2690.116方差/%43.07322.94616.72410.8434.4781.936累积/%43.07366.01982.74393.58698.064100.000提取平方和载入合计2.5841.3771.003方差/%43.07322.94616.724累积/%43.07366.01982.74330第 1 期刘敏 等：陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究F3=-0.038X1-0.031X2+0.236X3+0.025X4+0.054X5+0.969X6（3）综合得分：F=0.431F1+0.229F2+0.167F3第一个主成分是最重要的，其方差贡献率最大，为43.1%。式（1）列出了各指标权系数，从权系数大小来看，与第一主成分最密切相关的是土壤温度和电导率，其中与土壤温度的相关系数最大，为0.587，与电导率的相关系数为0.582。这说明目前影响土壤含水量的主要表观因素为土壤温度和电导率。由于温度等指标随气候变化而变化，因此，反映出山地苹果园土壤水分情况具有显著的季节性。第一主成分中除大气温度外，其余各指标均为正负荷，且指标值大小依次递减。说明其增加有利于土壤水分含量的升高，并且温度的指标值远大于降雨量。依据主成分比重关系，这表明目前该地区土壤含水量的主要影响因素是温度。第二主成分中大气温度和湿度（式2）指标权系数的绝对值在所有主成分指标系数中是最大的。降雨量是第三主成分中标权系数最大的，说明在第一、二主成分值大体固定条件下降雨量对土壤水分的量度。3讨论3.1果园土壤含水量的时间特征位于陕西干旱半干旱地区的山地雨养型果园，土壤墒情对植被生长、恢复和重建的重要制约因素13。其土壤水分的循环过程是“降水入渗-地表蒸发-植物蒸腾”，表层土壤含水量更容易受到降雨、植被蒸腾和土壤蒸发及农耕等人为因素的影响而通常较低，但也能够被降雨补给，因而土壤含水量具备强变异性。随时间的推移不同生育期各土层土壤含水量呈现出差异化规律。本研究指出，表层土壤含水量波动较大并在7月维持较高水平，而100 cm土层则在8月中旬充沛，与WEI等14的研究结果一致，植物根系吸水以浅土区的水分优先，0 60 cm土层土壤含水量呈现出较大波动，尤其在表层变化最为显著。春、冬季各土层土壤含水量长时间处于较低水平，35月为春旱时期，降雨少且黄绵土土质蓬松、保水性差，冬季失墒期，固态冻土使得土壤含水量波动较小，这与李轩等15的研究结果一致，各层土壤含水量在生长旺盛期（78月）达到最大值，高热高湿使得各层果树土壤含水量均达到年内峰值且变幅较大。研究土壤含水量时间变化显示，季节性变化差异显著。根据研究区苹果生长季天然降雨的分布趋势及0100 cm土壤含水量变化情况，将含水量按季节分为 3 个时段：46 月是水分消耗较快的时段，710 月为水分恢复期，11月至次年3月为稳定期，这一研究结果与曹铨等16研究结果相符，46 月随着果树萌发、开花及叶片的迅速扩展而对水分的需求增加，而该阶段试验区降雨相对较少，导致在该时期内水分出现亏缺现象。但也有研究发现土壤含水量年内变化为不对称双峰曲线17。本研究土壤含水量季节变化与闵梓骁等18的研究结果不一致，这可能是与树种、当地气候条件以及土层深浅不同的原因。3.2果园土壤含水量的剖面特征土壤含水量垂直变动在一定程度上能够反映植被水分消耗能力及土壤的稳定性特征，而变异系数则是土壤稳定程度的直接指标19，生长季连续含水量监测，能够反映深层土壤的稳定的含水量的情况。本研究表明，在垂直剖面0100 cm土层，随土层深度增加，土壤含水量先增后减，土壤含水率变化逐层降低并趋于稳定，且对降雨滞后时间逐层延长，这一现象在各个生态系统中均被广泛观察20。这表明降水的入渗补给深度主要在80 cm以内的土层中。由于降水补给和蒸散发的作用，这种影响随着深度的增加而减弱，土壤气候的影响随土深的增加而越小，加之盛果期苹果主根系散布深度在60 cm以上，侧根发达，在水平方向和垂直方向覆盖面均较大，且黄绵土土质蓬松，故土壤水分容易渗入深层土壤。本研究发现土壤含水量在垂直方向的变化与戴军杰21指出的土壤体积含水量由浅至深为增长型的研究结果相反。究其原因，是由于研究区、土质及采样时间的差异。邹文秀等22研究结果，土壤剖面0190 cm水分含量随深度的增加呈先表4主成分与各指标关系系数表因子X1X2X3X4X5X6成分10.9440.936-0.3440.6440.5230.10520.1500.0290.6890.658-0.652-0.1413-0.038-0.0310.2370.0250.0540.97031延安大学学报（自然科学版）第 43 卷 增加后减小的趋势，与本研究结果一致。研究发现23，降雨仅能影响 100 cm 以内深度土层的含水量。本研究监测数据表明，陕北黄土区山地雨养果园80 cm以下土层含水量变化不大，这说明降雨的入渗并未超越100 cm。研究表明，土壤含水量在不同的土地利用类型下，其垂直变化和时间动态变化的是有差异的24，颜蒙蒙等25将土壤剖面水分的垂直变化层次分为活跃层（010 cm），次活跃层（1030 cm）和相对稳定层（30100 cm）。但也有研究表明，土壤含水量由表层到深层的垂直变化表现为双峰波动型26，究其原因，这与研究的对象和时间都有一定的关系。3.3土壤含水量与空间变异系数因气象条件、植被类型、人类活动及土壤质地等方面的缘故，空间中土壤水分的分布具有很强的变异性27。而在半干旱的黄土高原，因黄土层厚度的差异导致土壤水分在空间分布和时间变异都是独一无二的。研究表明，无论在大尺度上还是在小尺度上，土壤水分的时空异质性均存在28。目前，对土壤水分的空间异质性特征的大量研究争议主要在于引发土壤水分空间变化特征及其影响因素，不同研究结果不尽相同。本研究是根据各土层土壤水分变异系数（CV）进行的，土壤含水量的变异系数由表层到深层都表现为下降趋势，这与纪仁展29研究结果一致。不同时期各层土壤含水量的CV都在1%100%以内，这说明果园土壤含水量在时空上属于中等变异性，这与谢正丰等30的研究结果一致。3.4土壤含水量与环境因子的关系本研究发现，土壤含水量与土壤温度、电导率、空气温度、相对湿度、风速及降雨量均存在极显著相关关系。随着土层深度增加，土壤含水量与大气温度表现出极显著负相关关系，这与陈媛媛31的研究结果具有一致性。究其原因，主要是因为土壤水分的循环过程是“降水入渗-地表蒸发-植物蒸腾”，黄土区降水和蒸散是土壤水分补给与消耗的主要途径，因此土壤水分与这二者密切相关。低温能有效防止土壤蒸散损耗，增强土壤蓄水保水作用，同时林木蒸腾趋于缓慢，植物蒸腾耗水得以降低。土壤电导率较高，主要是受到强烈蒸散发作用的影响，土壤水在毛管力作用下向上运移，水分蒸发。而在耕地，由于人为因素影响了土壤水盐运移过程，降水在入渗过程中使盐分向下迁移，蒸发作用又使土壤水分携带盐分向上迁移，因此在电导率在4060 cm土层达到最大值。同时土壤质地也对土壤水盐的分布具有重要影响。土壤水分与相对湿度之间存在极显著的正相关性，这与韩湘云等32的研究结果一致，主要是因为土壤能够通过与大气交换吸收空气中水分子。土壤水分与风速之间存在极显著的负相关性关系，这与金东艳等33的研究结果相符，主要是因为风速下降在一定程度有助于抑制土壤水分的蒸发损失。大气辐射使地面增温，土壤温度升高一定程度上能够促进电导率增大，原因可能是当温度增大时，土壤中离子动能增大，导电物质运移速率加快，故电导率增大。同时土壤水分较低则蒸发作用低，故地面温度升高，而叶片蒸腾丧失的水分未得到及时补充，叶片蒸腾作用降低导致降温效果变弱，土壤与冠层温度同时升高。地面辐射又使大气增温，而湿度的增加导致大气逆辐射增加，则地面有效辐射（地面放射辐射与地面吸收的大气逆辐射差值）将减小，而降雨量的多少受地形，位置，大气多方面因素的影响，同时又影响湿度及温度变化。4结论1）根据研究区果树观测期土壤墒情的划分为3个时期：水分快速消耗期（46 月）、水分恢复期（710 月）、稳定期（11次年3月）。2）随着土层深度的增加，土壤含水量先增后减，土壤含水率变化逐层降低并趋于稳定，且对降雨滞后时间逐层延长。本研究表明降雨能影响到的土层深度仅到80 cm，随着深度的增加，土壤含水量对降雨的反应时间越长，就会出现明显的滞后性。3）主成分分析结果表明，第一主成分中土壤温度及电导率所占比重较大，表明陕北黄土区山地苹果园土壤含水量具有十分明显的季节性；第二主成分中大气温度和湿度指标权系数的绝对值在所有主成分指标系数中是最大的；降雨量是第三主成分中标权系数最大的。综上，建议在春季土壤解冻后灌溉补充水分或添加保水剂，从而满足该时段苹果春梢生长发育对水分的需求，削弱土壤储水的消耗，使土壤水分和温度的变幅减小。雨季的到来，除了满足果树的耗水需求外，多余部分还可储存在土壤中，研究区降雨量季节分配不均匀，建议此时期增加地面覆盖保水措施，从而减少地面辐射及蒸散，利于电导率和32第 1 期刘敏 等：陕北黄土区山地苹果园土壤水分动态变化特征研究温度的相对稳定，从而更好保持土壤肥力。随着果实成熟收获，果树的耗水强度逐渐降低，对水分的需求量减少，浅层中的土壤水逐渐向深层移动，而果园地面裸露增加了土壤水分的蒸发，因此，建议此时再次补充灌溉，增加深层土壤储水量同时采取覆盖等措施来减少地面蒸发的无效消耗。参考文献：1 沈晗悦，信忠保，王志杰.北京山区侧柏林坡面土壤水分时空动态及其影响因素 J.生态学报，2021，41（7）：2676-26862 RODRIGUEZ-ITURBE I，DODORICO P，PORPORATO A，et al.On the spatial and temporal links between vegetation，climate，and soil moistureJ.Water Resources Research，1999，35（12）：3709-37223 王金伟，孙洁，雷婷，等.中国粮食生产效率与旅游发展的耦合机制及时空分异 J.自然资源学报，2022，37（10）：2651-26714 马鹏毅，赵家锐，何威明，等.黄土高原不同树龄苹果园土壤水分及硝态氮剖面特征 J.水土保持学报，2019，33（3）：192-198+2145 李佳旸.黄土高原山地苹果园土壤水分动态及蒸散研究 D.杨凌：西北农林科技大学，20176 郭正，李军，张玉娇，等.黄土高原不同降水量区旱作苹果园地水分生产力和土壤干燥化效应模拟与比较 J.自然资源学报，2016，31（1）：135-1507 陈敏玲，张兵伟，任婷婷，等.内蒙古半干旱草原土壤水分对降水格局变化的响应 J.植物生态学报，2016，40（7）：658-6688 郝仲勇，杨培岭，刘洪禄，等.苹果树根系分布特性的试验研究 J.中国农业大学学报，1998，3（6）：63-669 常译方，毕华兴，许华森，等.晋西黄土区不同密度刺槐林对土壤水分的影响 J.水土保持学报，2015，29（6）：227-23210 万华，高晓东，赵西宁，等.黄土区苹果园土壤剖面水、汽通量模拟研究 J.土壤学报，2023，60（3）：787-79911 王云强，邵明安，刘志鹏.黄土高原区域尺度土壤水分空间变异性 J.水科学进展，2012，23（3）：310-31612 LEI F N，CROW W，SHEN H F，et al.The impact of local acquisition time on the accuracy of microwave surface soil moisture retrievals over the contiguous United StatesJRemote Sensing，2015，7（10）：13448-1346513 LEGATES D R，MAHMOOD R，LEVIA D F，et al.Soil moisture：A central and unifying theme in physical geography J.Progress in Physical Geography：Earth and Environment，2011，35（1）：65-8614 WEI X，LIANG W JRegulation of stand density alters forest structure and soil moisture during afforestation with Robinia pseudoacacia L.and Pinus tabulaeformis Carr.On the Loess PlateauJ.Forest Ecology and Management，2021，491：11919615 李轩，过志峰，吴门新，等.华北地区土壤水分的时空变化特征 J.应用生态学报，2021，32（12）：4203-421116 曹铨，王自奎，沈禹颖陇东苹果园生草复合体系土壤水分季节动态 J.干旱区研究，2019，36（1）：77-8417 张思祖，李凯荣，易亮，等.黄土高原沟壑区杏树林地土壤水分时空动态变化及适宜性研究 J.水土保持研究，2010，17（5）：21-2518 闵梓骁，张建新，范文波，等.不同立地条件下沙棘土壤水分分布特征及动态生长研究 J.水土保持学报，2022，36（4）：204-21019 任婧宇，乔雨宁，闫璐瑶，等.黄土丘陵区主要树种土壤水分动态变化特征及影响因子 J.水土保持研究，2022，29（6）：73-80+8920 赵亚楠，于露，周玉蓉，等.宁夏东部荒漠草原灌丛引入对土壤水分动态及亏缺的影响 J.生态学报，2020，40（4）：1305-131521 戴军杰，章新平，吕殿青，等.南方红壤丘陵区樟树林土壤水分动态变化J.水土保持研究，2019，26（4）：123-13122 邹文秀，韩晓增，李良皓，等.黑土区不同土地利用方式土壤水分动态变化特征研究 J.水土保持学报，2009，23（2）：236-23923 冯金超，党宏忠，王檬檬，等.晋西黄土区苹果园生长季土壤水分动态 J.水土保持研究，2020，27（1）：139-14524 郭利军，王百田，王旭虎.晋西黄土区不同土地利用的土壤水分灰关联分析J.中国水土保持科学，2020，18（3）：81-8925 颜蒙蒙，周洲，王济，等.喀斯特地区土壤水分随降雨的动态变化研究：以贵阳市花溪区为例 J.中国岩溶，2016，35（4）：446-45226 FAMIGLIETTI J S，RUDNICKI J W，RODELL M.Variability in surface moisture content along a hillslope transect：Rattlesnake Hill，Texas J.Journal of Hydrology，1998，210（1/2/3/4）：259-28127 韩晓阳，刘文兆，程立平.黄土塬区深剖面土壤水分垂直分布特征及其时间稳定性 J.应用生态学报，2017，28（2）：430-43828 胡鑫隆，齐继，于千钧，等.黄河三角洲不同长势柽柳对土壤水盐异质性的影响 J.土壤，2022，54（6）：1291-129929 纪仁展，潘萍，饶金凤，等.飞播马尾松林土壤水分垂直变化特征及其影响因素 J.东北林业大学学报，2021，49（10）：88-9530 谢正丰，王冬梅，张鹏，等.黄土高寒区小流域土壤水分空间变异与环境影响因子 J.水土保持学报，2022，33延安大学学报（自然科学版）第 43 卷 36（4）：196-20331 陈媛媛.杉木人工林土壤水分与环境因子关系研究 D.长沙：中南林业科技大学，201332 韩湘云，景元书，李根低丘红壤坡面土壤水分变化的气象因素冗余分析 J 生态学杂志，2013，32（9）：2368-237433 金东艳，高琼风速及刈割对草原土壤水分与生产力的影响 J 干旱区研究，2015，32（3）：461-466责任编辑 李晓霞Study on soil moisture dynamic characteristics of apple orchard in the Loess plateau of northern ShaanxiLIU Min1，GAO Mingyu1，ZHENG En1，WANG Jun1，CHEN Muhao1，FENG Shu1，ZHANG Yongwang1，2*（1.School of Life Sciences，Yan an University；2.Shaanxi Key Laboratory of Chinese Jujube，Yan an 716000，China）Abstract：Eight-year-old dwarf red Fuji apple trees were used as materials，the field positioning observation method was used to locate and analyze soil moisture and temperature and corresponding meteorological elements at different depths ranging from 0-100 cm in Yanan area，Shaanxi Province for one consecutive year，and the dynamic change law，temporal and spatial changes and influencing factors of soil moisture were studied.ANOVA，correlation and principal component analysis methods were used to explore the dominant factors of soil moisture and their interrelationships.The results showed that the seasonal changes of soil moisture during the observation period can be divided into rapid water consumption period（April to June），water recovery period（July to October），and stable period（November to March of the following year）.The soil volume water content increased first and then decreased，the stability was enhanced，and the vertical change was significantly different in season.T